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简析GIS局部放电检测方法(二)
点击次数:1237 发布时间:2017-11-15

上一篇博文我们介绍了GIS设备局部放电的两种方法--脉冲电流法,超高频法。今天我们接着来介绍一下另外几种检测GIS局部放电的方法。

 

1.3 超声波检测

GIS设备局部放电的超声波检测法是利用安装在GIS外壳上的超声波传感器接收局部放电产生的振动信号以达到检测内部局部放电的目的。在GIS中,除局部放电产生的声波外,还有微粒碰撞绝缘子或外壳、电磁振动、操作引起的机械振动等也会发出的声波。气体和液体中只传播纵波,固体中传播的声波除纵波外还有横波。故在GIS中沿SF6气体传播的声波和在变压器油中一样只有纵波,但其传播速度很慢,要比油中低10倍,衰减也大,且随频率的增加而增大。测量超声波信号的传感器主要有加速度和声发射两种。当采用加速度传感器时,要采用高通滤波器以消除较低频率的背景干扰;声发射传感器的原理是利用谐振方式,其频率特性中己经包含了高通特性,因此无需另外附加相应的滤波器件。

 

由于声音的传播速度比电磁波慢很多,时间差更容易进行测量,定位更加准确,并且定位后还可通过敲击GIS外壳的方法进行验证,所以在放电定位方面,声学检测法比电学的方法更优越,加之超声波传感器与GIS设备的电气回路之间无任何,抗电磁干扰性较好,因此人们对超声法的研究较为深入,技术手段较为成熟。但是超声波检测法的灵敏度不仅取决于局部放电的能量,而且取决于超声波信号在传播路径上的衰减,在大多数情况下,超声传感器的灵敏度不是很高。近年来,由于声一电换能器效率的提高和电子放大技术的发展,超声波检测法的灵敏度有了较大的提高,但是超声传感器的有效检测范围仍然较小,完成一个较大规模GIS变电站的检测通常需要数天的时间,检测效率不高。

 

1.4 光学检测法

GIS设备的局部放电是在电场强度较为集中的位置使SF6分子发生游离,游离后的离子又会复合,复合会以光子的形式释放能量。根据气体放电理论,在此过程中离子的复合会激发出不同频率的光谱成分。因此,可以通过安装在GIS内部的光电倍增管、光电二极管或光电三极管等光传感器件进行局部放电产生的光现象的测量来实现GIS局部放电的检测。但是由于局部放电点无法确定,加上现场GIS内部结构比较复杂,局部放电产生的光信号可能会经过多重折反射才能到达光传感器件,这就需要选择透光性能良好的观测窗口和合理的测量位置。

 

从理论上来说光学检测法的灵敏度应该非常高,但是由于局部放电产生的光辐射的频谱主要集中在紫外波段,可能会被SF6气体、绝缘支撑件等气体和固体吸收,加之GIS设备光滑的内壁所引起的反射也会给测量带来不良影响,且会有“死角”的出现,这使得光学测量法在实验室内对一个已知的放电点来说是一个强有力的检测工具,但要检测一个可能在GIS设备内任意地方出现的局部放电是有困难的。另外,实际GIS设备因有许多气室,所以需要大量光传感器,检测的成本较高,因此光学检测法不适合对GIS设备进行局部放电的现场检测。

 

1.5 SF6气体分解产物检测法

国内外大量研究表明,当SF6设备中发生绝缘故障时,放电产生的高温电弧使SF6气体发生分解反应,生成SF4, SF3, SF2和S2F10等多种低氟硫化物。如果是纯净的SF6气体,上述分解物将随着温度降低会很快复合、还原为SF6气体;如果SFs气体不纯净,由于上述分解生成的多种低氟硫化物很活泼,容易与SFs气体中的微量水分和氧气发生一系列的化学反应,SFs气体分解的原理示意图如图所示。

 

SF6气体分解原理图

            SF6气体分解原理示意图

 

 

由于SF6分解物与水分结合生成的HF和H2SO3, SO2等化合物,均对设备内其他绝缘及金属材料有强腐蚀作用,进而加速绝缘劣化,zui终导致设备发生绝缘故障。引起SF6气体分解的主要原因有:局部放电、火花放电和电弧放电等。火花放电和电弧放电主要发生在断路器的灭弧室,由于GIS中断路器部分的灭弧室是单独的气室,因此内部绝缘缺陷引起局部放电产生的分解气体组分和因断路器正常开断产生的分解气体组分是相互独立的。由局部放电引起SF6气体分解产生的化合气体主要有SOF2, SOF4, S2F10,S02F2, CF4, SO2, SiF4,HF, CO, CO2, CH4, SF4等。初步研究表明:不同绝缘缺陷引起的局部放电会产生不同的分解化合气体,相应的分解化合气体成份、含量以及产生速率等也有差异。因此,可以通过检测GIS设备SFs气体不同分解组分含量与变化趋势来诊断其内部绝缘缺陷的情况。

 

对SF6放电分解气体的检测主要有以下四种方法:气相色谱法、离子色谱法、红外吸收光谱法以及检测管法。气相色谱法是利用不同物质在两相中具有不同的分配系数,当两相作相对运动时,这些物质在两相中进行多次反复分配而实现分离,它可以对空气、H20, SOF2,SO2F2, SO2和CF4进行检测,检测精度能够达到ppm级,但它存在取样和分析过程中可能混入水分导致一些组分水解、对SO2F2和SO2的检测比较困难、不能检测HF和局部放电主要成分之一的SOF4、检测时间长等缺点;离子色谱法利用物质在离子交换柱上迁移的差异而分离物质,辅以电化学或光学检测器实现检测,属于液相色谱,可以用于检测SOF2, SO2F2,SO2,SF4,HF,但由于对检测设备和检测环境的要求较高,国内外很少使用这种方法检测SF6放电分解气体组分;红外吸收光谱法利用一束红外光穿过样品气体时,由于样品气体对红外光的吸收,红外光的吸收量与该气体浓度之间呈线性关系实现不同物质的检测,可以检测到ppm级的SOF2,SO2F2,SO2,SF4, SOF4. H20和CF4,但SF6气体会影响其它气体的吸收峰,必须使用标准气体获得的参考图谱对分析结果进行校正,而有些标准气体,如化学性质很不稳定的SOF4等,标气难以获取,因此红外吸收光谱法难以实现准确的定量检测;检测管法是根据化合物与检测管里的指示剂颜色变化深浅来定量,目前国内主要有HF,SO2的检测管,虽然具有现场使用简便、快速和便于携带的优点,但易受到温度、湿度和存放时间的影响检测,并且测量组分比较单一,不能反映整体概况,使用有一定的局限性。这四种方法都是IEC60480国际标准和GB/T8905国家标准所推荐的检测方法,但由于SF6分解气体的成份复杂、含量小、种类多、稳定性差,加之GIS气室中的吸附剂和干燥剂以及断路器动作时产生的电弧可能会影响SF6分解气体测量的精度,因此无论是国际标准或国家标准,对SF6设备分解气体含量与绝缘缺陷状况之间的关系,还缺乏像变压器油色谱那样完善和有效的原理、方法及判断标准。

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